Java的Set集合，你真的会用吗？HashSet/TreeSet/LinkedHashSet

一灯架构2023-11-30 20:25

这几天拼多多的市值超过阿里了，热衷砍一刀的电商小弟竟然干翻电商老大，实在让人费解，是大家都没钱了还是啥原因？拼多多可是没有天猫、没有支付宝、没有云服务、没有钉钉、没有大文娱，就靠一个社交电商。

阿里这艘大船是否要翻不清楚，大家期待的《解读Java源码专栏》不能停止更新，在这个系列中，我将手把手带着大家剖析Java核心组件的源码，内容包含集合、线程、线程池、并发、队列等，深入了解其背后的设计思想和实现细节，轻松应对工作面试。

这是解读Java源码系列的第七篇，将跟大家一起学习Java中Set集合。

引言

当我们需要对元素去重的时候，会使用Set集合，可选的Set集合有三个，分别是HashSet、LinkedHashSet、TreeSet，这三个常用的Set集合有什么区别呢？底层实现原理是什么样？这篇文章一起来深度剖析。

共同点

这三个类都实现了Set接口，所以使用方式都是一样的，使用add()方法添加元素，使用remove()删除元素，使用contains()方法判断元素是否存在，使用iterator()方法迭代遍历元素，这三个类都可以去除重复元素。

特性

  1. HashSet是最基础的Set集合，可以去除重复元素。
  2. LinkedHashSet在HashSet功能基础上，增加了按照元素插入顺序或者访问顺序的迭代方式。
  3. TreeSet在HashSet功能基础上，可以保证按照元素大小顺序排列。

底层实现

  1. HashSet是基于HashMap实现的，使用组合的方式，并非继承。
  2. LinkedHashSet继承自HashSet，而内部则是采用组合LinkedHashMap的方式实现的。[流汗] 就是这么乱，一会儿看一下源码就明白了。
  3. TreeSet是基于TreeMap实现的，采用组合的方式，跟上面两个Set集合没关系。

下面详细看一下这三个Set集合源码的底层实现：

HashSet源码实现

类属性

java 复制代码 
public class HashSet<E>
        extends AbstractSet<E>
        implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable {

    /**
     * 使用HashMap存储数据
     */
    private transient HashMap<E, Object> map;

    /**
     * value的默认值
     */
    private static final Object PRESENT = new Object();

}

可以看出HashSet实现了Set接口，内部采用HashMap存储元素，利用了HashMap的key不能重复的特性，实现元素去重。而value使用默认值，是一个空对象，没有任何作用，纯粹占坑。

初始化

HashSet常用的构造方法有两个，有参构造方法，可以指定初始容量和负载系数。

java 复制代码 
/**
 * 无参构造方法
 */
HashSet<Integer> hashSet1 = new HashSet<>();

/**
 * 有参构造方法，指定初始容量和负载系数
 */
HashSet<Integer> hashSet = new HashSet<>(16, 0.75f);

再看一下构造方式对应的源码实现：

java 复制代码 
/**
 * 无参构造方法
 */
public HashSet() {
    map = new HashMap<>();
}

/**
 * 有参构造方法，指定初始容量和负载系数
 */
public HashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
    map = new HashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
}

HashSet的构造方式源码也很简单，都是利用的HashMap的构造方法实现。

常用方法源码

再看一下HashSet常用方法源码实现：

java 复制代码 
/**
 * 添加元素
 */
public boolean add(E e) {
    return map.put(e, PRESENT) == null;
}

/**
 * 删除元素
 */
public boolean remove(Object o) {
    return map.remove(o) == PRESENT;
}

/**
 * 判断是否包含元素
 */
public boolean contains(Object o) {
    return map.containsKey(o);
}

/**
 * 迭代器
 */
public Iterator<E> iterator() {
    return map.keySet().iterator();
}

HashSet方法源码也很简单，都是利用HashMap的方法实现逻辑。利用HashMap的key不能重复的特性，value使用默认值，contains()方法和iterator()方法也都是针对key进行操作。

LinkedHashSet源码实现

类属性

LinkedHashSet继承自HashSet，没有任何私有的属性。

java 复制代码 
public class LinkedHashSet<E>
        extends HashSet<E>
        implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable {
}

初始化

LinkedHashSet常用的构造方法有三个，有参构造方法，可以指定初始容量和负载系数。

java 复制代码 
/**
 * 无参构造方法
 */
Set<Integer> linkedHashSet1 = new LinkedHashSet<>();

/**
 * 有参构造方法，指定初始容量
 */
Set<Integer> linkedHashSet2 = new LinkedHashSet<>(16);

/**
 * 有参构造方法，指定初始容量和负载系数
 */
Set<Integer> linkedHashSet3 = new LinkedHashSet<>(16, 0.75f);

再看一下构造方法的源码实现：

java 复制代码 
/**
 * 无参构造方法
 */
public LinkedHashSet() {
    super(16, .75f, true);
}

/**
 * 有参构造方法，指定初始容量
 */
public LinkedHashSet() {
    super(16, .75f, true);
}

/**
 * 有参构造方法，指定初始容量和负载系数
 */
public LinkedHashSet(int initialCapacity, float loadFactor) {
    super(initialCapacity, loadFactor, true);
}

LinkedHashSet的构造方法使用的是父类HashSet的构造方法，而HashSet的构造方法使用的是LinkedHashMap的构造方法，设计的就是这么乱！

java 复制代码 
public class HashSet<E>
        extends AbstractSet<E>
        implements Set<E>, Cloneable, java.io.Serializable {

    /**
     * HashSet的构造方法，底层使用的是LinkedHashMap，专门给LinkedHashSet使用
     *
     * @param initialCapacity 初始容量
     * @param loadFactor      负载系数
     * @param dummy           这个字段没啥用
     */
    HashSet(int initialCapacity, float loadFactor, boolean dummy) {
        map = new LinkedHashMap<>(initialCapacity, loadFactor);
    }

}

LinkedHashSet的其他方法也是使直接用的父类HashSet的方法，就不用看了。

LinkedHashSet额外实现了按照元素的插入顺序或者访问顺序进行迭代的功能，是使用LinkedHashMap的实现，不了解LinkedHashMap的，可以看一下上篇文章对LinkedHashMap的源码解析。

TreeSet源码实现

类属性

java 复制代码 
public class TreeSet<E> extends AbstractSet<E>
        implements NavigableSet<E>, Cloneable, java.io.Serializable {

    /**
     * 用来存储数据
     */
    private transient NavigableMap<E, Object> m;

    /**
     * value的默认值
     */
    private static final Object PRESENT = new Object();

}

TreeSet内部使用NavigableMap存储数据，而NavigableMap是TreeMap的父类，后面在初始化NavigableMap的时候，会用TreeMap进行替换。而value使用默认空对象，与HashSet类似。

初始化

TreeSet有两个构造方法，有参构造方法，可以指定排序方式，默认是升序。

java 复制代码 
/**
 * 无参构造方法
 */
TreeSet<Integer> treeSet1 = new TreeSet<>();

/**
 * 有参构造方法，传入排序方式，默认升序，这里传入倒序
 */
TreeSet<Integer> treeSet2 = new TreeSet<>(Collections.reverseOrder());

再看一下构造方法的源码实现：

java 复制代码 
TreeSet(NavigableMap<E,Object> m) {
    this.m = m;
}

/**
 * 无参构造方法
 */
public TreeSet() {
    this(new TreeMap<E, Object>());
}

/**
 * 有参构造方法，传入排序方式，默认升序，这里传入倒序
 */
public TreeSet(Comparator<? super E> comparator) {
    this(new TreeMap<>(comparator));
}

TreeSet的构造方法内部是直接使用的TreeMap的构造方法，是基于TreeMap实现的。

常用方法源码

java 复制代码 
/**
 * 添加元素
 */
public boolean add(E e) {
    return m.put(e, PRESENT) == null;
}

/**
 * 删除元素
 */
public boolean remove(Object o) {
    return m.remove(o) == PRESENT;
}

/**
 * 判断是否包含元素
 */
public boolean contains(Object o) {
    return m.containsKey(o);
}

/**
 * 迭代器
 */
public Iterator<E> iterator() {
    return m.navigableKeySet().iterator();
}

TreeSet常用方法的底层实现都是使用的TreeMap的方法逻辑，就是这么偷懒。

TreeSet可以按元素大小顺序排列的功能，也是使用TreeMap实现的，感兴趣的可以看一下上篇文章讲的TreeMap源码。由于TreeSet可以元素大小排列，所以跟其他Set集合相比，增加了一些按照元素大小范围查询的方法。

其他方法列表：

作用 方法签名
获取第一个元素 E first()
获取最后一个元素 E last()
获取大于指定键的最小键 E higher(E e)
获取小于指定键的最大元素 E lower(E e)
获取大于等于指定键的最小键 E ceiling(E e)
获取小于等于指定键的最大键 E floor(E e)
获取并删除第一个元素 E pollFirst()
获取并删除最后一个元素 E pollLast()
获取前几个元素（inclusive表示是否包含当前元素） NavigableSet headSet(E toElement, boolean inclusive)
获取后几个元素（inclusive表示是否包含当前元素） NavigableSet tailSet(E fromElement, boolean inclusive)
获取其中一段元素集合（inclusive表示是否包含当前元素） NavigableSet subSet(E fromElement, boolean fromInclusive, E toElement, boolean toInclusive)
获取其中一段元素集合（左开右开） SortedSet subSet(E fromElement, E toElement)
获取前几个元素（不包含当前元素） SortedSet headSet(E toElement)
获取后几个元素（不包含当前元素） SortedSet tailSet(E fromElement)

总结

HashSet、LinkedHashSet、TreeSet，这三个常用的Set集合的共同点是都实现了Set接口，所以使用方式都是一样的，使用add()方法添加元素，使用remove()删除元素，使用contains()方法判断元素是否存在，使用iterator()方法迭代遍历元素，这三个类都可以去除重复元素。

不同点是：

HashSet的关键特性：

  1. 是最基础的Set集合，可以去除重复元素。
  2. HashSet是基于HashMap实现的，使用组合的方式，并非继承。
  3. 利用了HashMap的key不重复的特性，而value是一个默认空对象，其他方法也都是使用HashMap实现。

LinkedHashSet的关键特性：

  1. LinkedHashSet继承自HashSet，而内部则是采用组合LinkedHashMap的方式实现的。
  2. LinkedHashSet在HashSet功能基础上，增加了按照元素插入顺序或者访问顺序的迭代方式，代价是额外增加一倍的存储空间。
  3. 方法内部都是使用LinkedHashMap实现的。

Tr**eeSet**的关键特性：

  1. TreeSet是基于TreeMap实现的，也是采用组合的方式。
  2. TreeSet在HashSet功能基础上，可以保证按照元素大小顺序排列，代价是查询、插入、删除接口的时间复杂度从O(1)退化到O(log n)。
  3. 方法内部都是使用TreeMap实现的。
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